Creation of 3D stereolithography technology by non-contact magnetic support operation

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現有の磁気支持装置に対し，光造形機能を付した装置（初号機）を完成させた。各構成要素を維持しつつ装置を組み上げる際，提案する磁気支持3D光造形方式に特徴的な構造制約や造形手法制約が知見として得られた。また，初号機による基本図形の試作を行い造形手順と現状の問題点を明確化した。磁気支持用電磁石にレーザー光路用スルーホール（最小部φ1.6mm）を追加工した。スルーホールを通過するレーザーはより集光された平行光である必要があることから，光源－電磁石間光路に両凹マイクロレンズを挿入し光径1.0 mmでアフォーカル系を設計した。光学系と磁気浮上系を組み合わせた構造体を水平運動させる際，筐体の振動や光路の微小ズレが生じた。これらは3D光造形において致命的であるため，レーザー光源，平行光用レンズ，スルーホール付き電磁石の中心軸の一致をマストとし，リザーバ側をXYZステージで移動させる方式が賢明であると判断した。調合割合を決定した磁性光硬化樹脂液（mPCR液）に対し光硬化試験を行った。1点および水平（正方）走査による硬化試験で，光出力，光路距離，走査速度，造形幅，造形厚の関係を調査した。一般的な結果（大出力，近距離，低速度で造形幅増）のほか，造形厚が最大約0.5 mmといった特徴が得られた。これはmPCR液の光吸収性と透過限界で定まる値と考えられる。磁気支持光造形試験では，垂直造形の4手順（①リザーバ内にサポート治具を立て，その先端まで吸い上げたmPCR液を位置決め制御，②頂点の光硬化・サポート先端との固定，③リザーバ側を降下し1層目の上に小さな液錐を形成，④1層目の上で2層目を硬化）を試験した。手順①，②，④はそれぞれ独立に実験し達成したが，手順③では，1層目が傘状に硬化したことで2層目のmPCR液の吸い上げに至らなかった。今後，光出力制御および吸引力制御の設定変更により改善を図る。